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Advanced Bioderived and Biocompatible Lasers

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Unos láseres minúsculos en el interior de células potencian la imagenología en investigación biomédica

El estudio de los procesos celulares a menudo conlleva el uso de tintes fluorescentes como sondas de imagen para observar el destino de las células. Unos investigadores europeos han desarrollado una fuente de luz láser totalmente novedosa para hacer un seguimiento de células individuales.

Investigación fundamental
Salud

Seguir la actividad de las células dentro del cuerpo puede aportar respuestas a muchas preguntas biomédicas como la invasión de las células cancerosas y la metástasis. Sin embargo, los métodos de marcaje de células actuales, o bien tan solo pueden discriminar un número limitado de células, o bien requieren una lectura destructiva que mata a la célula durante el proceso.

Esferas láser que emiten a una frecuencia única

Los investigadores del proyecto ABLASE, financiado por el Consejo Europeo de Investigación (CEI), desarrollaron unos láseres diminutos, algunos de los cuales son de un tamaño menor al volumen del núcleo celular, que se pueden insertar eficazmente dentro de las células. «Nuestro objetivo era marcar las células de forma única y que no interfiriera con sus propiedades o comportamiento», explica Malte Gather, beneficiario de una subvención del CEI e investigador principal de la Universidad de St. Andrews. Estos microláseres están formados por unos discos semiconductores o esferas biocompatibles con un tinte fluorescente verde. Al excitarse con la luz, emiten una luz láser con una composición única de varios picos de banda estrecha que depende del tamaño de la esfera. Al introducir esferas de distintos tamaños, los científicos generan pautas de emisión que pueden utilizarse para distinguir con seguridad cada láser, de forma muy similar a los códigos de barras que se utilizan para identificar y rastrear lotes. Gracias a un método que se solía aprovechar para transferir ADN exógeno al interior de células, los investigadores de ABLASE han logrado incorporar los láseres en distintos tipos de células, como las que intervienen en las respuestas inmunitarias. Esta metodología permite incorporar esferas láser en decenas de miles de células simultáneamente. A continuación, el equipo investigó la energía que estos láseres necesitan para iniciar su acción, su tamaño, estabilidad y biocompatibilidad. Para los últimos diseños de láser del equipo, la acción láser se inicia con unos niveles ínfimos de luz de excitación, inferiores a las energías que los biólogos utilizan en muchos microscopios ópticos modernos, lo cual minimiza los efectos sobre las células. Los láseres celulares demostraron asimismo su capacidad de permanecer estables y en el interior de las células durante varios procesos celulares. Curiosamente, las células transfieren los láseres a su progenie sin ninguna repercusión obvia sobre las funciones celulares, lo cual facilita el seguimiento celular durante muchas generaciones. Al insertar múltiples láseres en las células madre, el método de ABLASE puede seguir toda su progenie y marcar de forma única más células de lo que se pensaba.

Relevancia para la investigación y perspectivas de futuro

El proyecto ABLASE ha promovido el uso de láseres para una sola célula en la investigación biomédica con la perspectiva de obtener información sobre procesos biológicos fundamentales como la forma en que migran las células dentro del cuerpo. «El uso de láseres para una sola célula es un concepto novedoso y, por su puesto, ABLASE se ha ocupado del trabajo de prueba de concepto, la investigación y el desarrollo básicos, así como los primeros pasos hacia las aplicaciones», destaca Gather. Los planes para el futuro incluyen una mayor miniaturización de los láseres para que su inserción en las células todavía sea más fácil y un proceso de fabricación de láseres con mayor rendimiento. Además, los investigadores de ABLASE esperan probar los láseres «in vivo» y ampliar sus aplicaciones mejorando su rendimiento y haciendo que respondan a cambios en los marcadores biológicos del interior de la célula. Sin duda, los láseres para una sola célula necesitan varias mejoras tecnológicas para poder aplicarse plenamente. Sin embargo, poseen un potencial inmenso en aplicaciones de marcaje celular y pueden utilizarse para la detección en el interior de células y tejidos vivos. Desde el comienzo de ABLASE, otros grupos de investigación de todo el mundo han hecho importantes contribuciones al campo emergente de los láseres para una sola célula y han reforzado su potencial de desarrollo.

Palabras clave

ABLASE, láser, esfera, seguimiento celular, láser para una sola célula

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